1、2:5518.28.2、液体的表面性质、液体的表面性质 液体与空气接触形成液体与空气接触形成表面层表面层，其，其厚度的数量级与分子力作用球半径的厚度的数量级与分子力作用球半径的数量级相同。由于表面层内分子受力数量级相同。由于表面层内分子受力情况不同与液体内部，使得液体表面情况不同与液体内部，使得液体表面具有一种不同于液体内部的特殊性质，具有一种不同于液体内部的特殊性质，即即液体内部相互液体间的相互作用力液体内部相互液体间的相互作用力表现为表现为，而，而液体表面相邻液面的液体表面相邻液面的相互作用力表现为相互作用力表现为张力张力。因此，液体。因此，液体的表面有许多不同于液体内部的独特的表面有许多
2、不同于液体内部的独特的现象，称为的现象，称为表面张力现象表面张力现象。一、液体的表面张力现象一、液体的表面张力现象2:5522:553 许多现象表明，液体表面具有自动收缩的趋势，液面许多现象表明，液体表面具有自动收缩的趋势，液面的周界上受到一个的周界上受到一个拉力拉力F，此力垂直于周界，与该处液面相，此力垂直于周界，与该处液面相切，而指向表示液面收缩趋势的方向。切，而指向表示液面收缩趋势的方向。2:554 在液体表面内任一截线两边，在液体表面内任一截线两边，相邻两部分液面之间存在相互作相邻两部分液面之间存在相互作用的拉力，此力与截线垂直并与用的拉力，此力与截线垂直并与该处液面相切，这种力称为该
3、处液面相切，这种力称为液体液体的表面张力的表面张力。表面张力是液体表。表面张力是液体表面的内力，面的内力，通常把液面与固体周通常把液面与固体周界之间相互作用的拉力也叫表面界之间相互作用的拉力也叫表面张力。张力。因为此力跟粘附在固体周因为此力跟粘附在固体周界上的液体表面与相邻液面之间界上的液体表面与相邻液面之间的内力在数值上是相等的。的内力在数值上是相等的。2:555 表面张力可以由实验测定。实验事实表明，表面张力表面张力可以由实验测定。实验事实表明，表面张力 f 的大小与液面的周界（或截线）长度的大小与液面的周界（或截线）长度 l 成正比，即成正比，即 式中比例系数式中比例系数a a 称为表面
4、张力系数，其数值等于液面上作用称为表面张力系数，其数值等于液面上作用在在每单位长度截线（或周界）上的表面张力每单位长度截线（或周界）上的表面张力。注意对。注意对液膜液膜来说有两个表面来说有两个表面。lf a a 表面张力系数表面张力系数a a 的大小的大小主要由物质种类决定主要由物质种类决定。一般说来，。一般说来，易挥发的液体易挥发的液体a a 值小，还跟与液体相邻的物质种类以及液体值小，还跟与液体相邻的物质种类以及液体温度有关，液体温度越高，温度有关，液体温度越高，a a 值越小。值越小。2:556 部分液体的表面张力系数部分液体的表面张力系数 2:557 水在不同温度下的表面张力系数水在不
5、同温度下的表面张力系数 2:558 此外，此外，表面张力还与液体所含杂质有关表面张力还与液体所含杂质有关，有的杂质能，有的杂质能使液体表面张力系数减小，能使表面张力系数减小的物质使液体表面张力系数减小，能使表面张力系数减小的物质称为称为表面活性物质表面活性物质，例如皂类、洗涤剂等就是表面活性物，例如皂类、洗涤剂等就是表面活性物质。质。在冶金工业上，为了促使液态金属结晶速度加快，常在冶金工业上，为了促使液态金属结晶速度加快，常在其中加入少量的表面活性物质（如在钢水中加硼）。在其中加入少量的表面活性物质（如在钢水中加硼）。2:559 实验事实表明，由于表面张力的作用，使弯曲液面内无实验事实表明，由
6、于表面张力的作用，使弯曲液面内无限接近液面处液体的压强限接近液面处液体的压强P与液面外的压强与液面外的压强P0之间存在着压之间存在着压强差，此压强差强差，此压强差 P=PP0称为称为弯曲液面下的附加压强弯曲液面下的附加压强。实验表明，。实验表明，在液面外同样是大在液面外同样是大气压强气压强P0的情况下，的情况下，凸液面内的压强大于液面外的压强，而凸液面内的压强大于液面外的压强，而凹液面内的压强小于液面外的压强，凹液面内的压强小于液面外的压强，且液面曲率半径越小，且液面曲率半径越小，所产生的附加压强越大。所产生的附加压强越大。2:5510考察球形液面，由表面张力的定义：考察球形液面，由表面张力的
7、定义：RrRrSdfppa a a a 222210 球形液面附加压强的大小，取决于表面张力系数球形液面附加压强的大小，取决于表面张力系数（与液体（与液体种类有关）和球半径种类有关）和球半径R的数值。的数值。不难看出，半径为不难看出，半径为R的球形肥皂泡内外压强差为的球形肥皂泡内外压强差为4a a/R，肥皂泡越小，附加压强越大。肥皂泡越小，附加压强越大。球形液面下的附加压强公式：球形液面下的附加压强公式：a a rdf2 Rppa a20 RrRrrrdfa a a a a a 2122sin2 2:55111、润湿与不润湿、润湿与不润湿 润湿：润湿：一种液体滴在某种干净的固体表面上能够扩散开
8、一种液体滴在某种干净的固体表面上能够扩散开来，就说该液体润湿该固体。来，就说该液体润湿该固体。不润湿：不润湿：如果液体滴在某种干净的固体表面上总是近似如果液体滴在某种干净的固体表面上总是近似呈球形，且极易滚动，就说该液体不润湿该固体。呈球形，且极易滚动，就说该液体不润湿该固体。四、毛细现象及毛细管公式四、毛细现象及毛细管公式 2:5512不同液体对不同固体的润湿程度是不一样的，为表明不同液体对不同固体的润湿程度是不一样的，为表明这种润湿的程度，引入这种润湿的程度，引入接触角接触角的概念。的概念。接触角：接触角：在液体、固体壁和空气交界处做液体表面的在液体、固体壁和空气交界处做液体表面的切面，此
9、面与固体壁在液体内部所夹的角度就称为这种液切面，此面与固体壁在液体内部所夹的角度就称为这种液体对该固体的接触角。体对该固体的接触角。q q 角为锐角时，液体润湿固体角为锐角时，液体润湿固体;q q 角为钝角时，液体不角为钝角时，液体不润湿固体；如果润湿固体；如果q q=0，液体将延展在全部固体表面上，这，液体将延展在全部固体表面上，这时时液体完全润湿固体液体完全润湿固体；如果；如果q q=180，则，则液体完全不润湿固液体完全不润湿固体体。水润湿玻璃，故其接触角是锐角，水与洁净的玻璃润。水润湿玻璃，故其接触角是锐角，水与洁净的玻璃润湿程度最大湿程度最大,q q=0。水银不润湿玻璃，接触角为钝角
10、，数值。水银不润湿玻璃，接触角为钝角，数值为为q q=138。2:5513 润湿和不润湿现象的产生，主要是由于液体分子间的润湿和不润湿现象的产生，主要是由于液体分子间的引力与固体分子与液体分子间的相互引力间的强弱对比不引力与固体分子与液体分子间的相互引力间的强弱对比不同所引起的。同所引起的。在液体与固体接触处，沿固体壁有一层液体在液体与固体接触处，沿固体壁有一层液体称为称为附着层附着层，其厚度等于液体分子间引力的有效作用距离，其厚度等于液体分子间引力的有效作用距离或液体分子与固体分子之间引力的有效作用距离。或液体分子与固体分子之间引力的有效作用距离。在附着在附着层中，液体分子受固体分子引力的合
11、力称为层中，液体分子受固体分子引力的合力称为附着力附着力，受其，受其余液体分子引力的合力称为余液体分子引力的合力称为内聚力内聚力。当。当内聚力大于附着力内聚力大于附着力时，附着层内较多的液体分子被吸引到液体内部，这与液时，附着层内较多的液体分子被吸引到液体内部，这与液体自由表面相类似，附着层有收缩倾向，体自由表面相类似，附着层有收缩倾向，呈现不润湿现象。呈现不润湿现象。当当附着力大于内聚力附着力大于内聚力时，分子在附着层中的势能比在液体时，分子在附着层中的势能比在液体内部要低得，更多的分子进入附着层，使附着层有伸张倾内部要低得，更多的分子进入附着层，使附着层有伸张倾向，即液体沿固体表面扩展，向
12、，即液体沿固体表面扩展，呈现润湿现象。呈现润湿现象。2:55142:55152、毛细现象、毛细现象 由于液体对固体的润湿或不润湿，在液体表面与固体的由于液体对固体的润湿或不润湿，在液体表面与固体的接触处形成一定的接触角，所以盛在各种容器里的液体的表接触处形成一定的接触角，所以盛在各种容器里的液体的表面都不是真正的平面。在狭窄的容器，如毛细管中，液体的面都不是真正的平面。在狭窄的容器，如毛细管中，液体的表面成为一个弯月面，由表面张力造成的附加压强显著，使表面成为一个弯月面，由表面张力造成的附加压强显著，使得管中的液面升高或降低，这种现象称为得管中的液面升高或降低，这种现象称为毛细现象毛细现象。2:5516根据流体静力学原理和弯曲液面下根据流体静力学原理和弯曲液面下的附加压强公式，液体在毛细管中上升的附加压强公式，液体在毛细管中上升（或降低）的高度为：（或降低）的高度为：grh q qa acos2 此式表明，毛细管中液面上升高度与液体的种类（它决定液此式表明，毛细管中液面上升高度与液体的种类（它决定液体的密度体的密度 和表面张力系数和表面张力系数a a）、组成毛细管的材料（接触角）、组成毛细管的材料（接触角q q与其有关）及管径有关。与其有关）及管径有关。3、毛细管公式、毛细管公式 2:55172:5518
